汽车运行材料-诸论

绪论•世界范围内8亿多的汽车保有量消耗大量的资源。我国汽车保有量达亿辆。•我国每年燃油消耗已超过1.8亿t，•消耗数量惊人的润滑油、传动液、润滑脂、制动液、液压油、橡胶轮胎等材料。•运行材料消耗过程，对环境的破坏。•运行材料性能影响汽车本身的性能汽车运行材料是指在车辆运行过程中，使用周期较短，消耗费用较大，对车辆使用性能有较大影响的一些非金属材料。汽车运行材料在车辆运行过程中：绪论营运车运行成本运行材料路费税保险维修费工资私家车运行运行材料路费税保险维修费汽车运行材料，按其对汽车运行的作用和消耗方式不同可分为四大类：·(1)车用燃料(2)车用润滑油料(3)车用工作液(4)汽车轮胎上述运行材料跟石油有密切的关系，认识和了解石油对研究运行材料有重要的作用绪论•石油是古代动物、植物和水中生物的遗体,在地壳运动过程，在缺氧、高温和高压的条件下，经过复杂的演变而形成的一种粘稠液体。未经炼制的石油叫原油.•石油是重要的能源，是工业、农业、交通运输业和国防事业各种设备必不可少的燃料、润滑剂和有机化学工业所需的重要原料，在国民经济中有极其重要的地位。一、石油的基本知识1.在常温下呈液体或半液体状态，2.颜色多为黑色或深棕色，有特殊气味，3.密度多在0.80—0.98g／cm3之间，一般不大丁1g／cm3，4.凝点的差异较大，有的高达30C以上，有的却低于—500C。5.表0-1所示为我国部分石油产地原油的物理性质。1．石油的物理性质我国部分石油产地原油的物理性质表0-12．石油的元素组成1)石油主要由碳、氢、硫、氧、氮五种元素组成,它们在石油的含量四产地不同略有差别,质量分数的范围大体如下：碳83.0％～87.0％；氢10.0％～14.0％；硫0.05％～8.00％；氧0.05％～2.00％；氮0.02％～2.00％。2)从上面数字看出，碳、氯两种元素含量占石油元素组成的绝大部分.二者合计为96％～99％二者含量的比值(C/H)大体在6～7.5范围。3)国内部分油田的原油中碳、氢两种元素的质量分数所占含量及者的比值如表0-2所示。国内部分油田的原油中碳.氫元素的质量分数及二者的比值表0-2石油中的徽量元素1.石油中还含有多种金属元素和非金属元素。金属元素有镍、钒、铁、钾、钠、钙、镁、铜、铝、钍、钴、锌等；2.非金属元素有氯、碘、磷、砷、砖等。3.它们在石油中的质量分数极微少，一般都在0.003％以下。3．石油的烃类组成烃由碳和氢两种元素组成的碳氢化合物。石油的烃类组成主要包括：烷烃、环烷烃、芳香烃三类，少数石油中还含有烯烃。(1)烷烃•烷烃是开链饱和烃，•分子式通式为：CnH2n＋2，•分子结构特点是碳原子间以单键相连成链状，其余价键为氢原子所饱和。•烷烃的命名是按分子中含碳原子的数目为序的，1～10的分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示；10以上的则直接以数字表示。•例：正己烷分子式：C6H14正己烷结子式：C-C-C-C-C-CH3-H2-H2-H2-H2-H3分子中含有1个碳原子的称为甲烷，分子中含有7个碳原子的称为庚烷，含有16个碳原于的称为十六烷，等等。烷烃分子中少—个氢原子的原子团称为烷基，如甲烷(CH4)分子中少一个氢原子(—CH3)称为甲基.(1)烷烃烷烃同系物碳原子不同的性质差别烷烃同系物中的碳原子数不同,在常温常压下，烷烃性质的差别：1)碳原子数从1—4的是气体，2)碳原子数从5—16的是液体,是汽油和煤油的主要成分3)碳原子数17及以上的是固体，存在于柴油和润滑油馏分中。固态烷烃在柴油中呈溶解状态存在。烷烃同系物分子结构不同的性质差别烷烃有正构烷烃和异构烷烃之分。1)碳链呈直链的为正构烷烃，例：正辛烷：C8H18C-C-C-C-C-C-C-C2)带侧链或支链的为异构烷烃。例：2-甲基庚烷：C8H18C-C-C-C-C-C-C-CC正构烷烃和异构烷烃分子式相同，分子结构不同，它们的物理性质有相似外，也存在差别。几种烷烃的物理性质表0-3几种烷烃的物理性质表0-3中数据表明1)烷烃密度均小1g/cm3，2)正构烷烃的密度、相对分子量、沸点和熔点随碳原子数增多而升高。3)异构烷烃受分子中侧链影响，沸点和熔点比相同碳原子数的正构烷烃低4)异构烷烃存在同分异构现象，其同分异构体之间的性质也稍有不同。烷烃的化学性质1)烷烃在常温常压下的化学性质稳定，不易被空气氧化而变质。2)温度的升高，烷烃的化学活性增强。正构烷烃的碳链直线排列，易被空气氧化生成过氧化物，3)发火性好，适于压燃式发动机的燃料；4)异构烷烃和正构烷烃相比，结构紧凑，性质相对安定，不易被空气氧化生成过氧化物，发火性能差,不易发生爆燃,适于点燃式发动机的燃料(2)环烷烃环烷烃是闭链饱和烃，分子式通式为CnH2n分子结构特点是碳原予以单键连接成环状，其他键为氢原子所饱和。例:环己烷烃:分子结构:分子式:C6H12环烷烃的物理性质1.密度、沸点和熔点等，比相同碳原子数的烷烃高2.密度仍小于1g／cm3，其密度随环烷烃分子量的增大或多环环烷烃环数的增多而增大，3.沸点随环烷烃吩子量的增大或多环环烷烃环数的增多而升高。4.常温常压下，相对分子质量小的环烷烃如环戊烷呈液体状态相对分子质量大的环烷烃则呈固体状态。燃油中的环烷烃大都是单环的五碳环化合物和六碳环化合物，均以液体状态存在于燃油中。环烷烃化学性质环烷烃为饱和烃，1.在常温常压下性质定，不易被氧化变质，在接近400℃以上时才能自燃。2.环烷烃在高温下的发火性介于正构烷烃和异构烷烃之间，3.热值略小．凝点低，润滑性好，是汽油和润滑油的良好成分。(3)芳香烃芳香烃是分子结构中具有苯环结构的烃。分子式具有多种不同的通式，如CnH2n-6．CnH2n-12.CnH2n-18等。根据苯环多少和结合形式的差别；芳香烃分：1.单环芳香烃:分子中含有一个苯环的芳香烃；2.多环芳香烃:分子中含两个或两个以上独立苯环的芳香烃；3.稠环芳香烃:分子中含有两个或两个以上苯环，且苯环彼此间通过共用两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。芳香烃化学性质1.在常温下呈液态或固态，具有强烈的芳香气味，2.密度—般为0.86一0.9g／cm3，比相同碳原子数的其他烃类密度大。3.芳香烃的化学性质很稳定，没有侧链的芳香烃，性质最稳定。4.带侧链的芳香烃的侧链易被氧化成有机酸，带侧链的多环芳香烃和稠环芳香烃较易被氧化成胶状物。芳香烃的特性1.自燃点高，不易被氧化，抗爆性较好，而发火性较差，2.芳香烃是压燃式内燃机燃料的不良成分，是点燃式内燃机燃料的良好成分。3.对环境保护不利：作为点燃式内燃机燃料的组分时，会增大排放废气中多环芳香烃、酚类、芳醛等有害物质的含量。且由于其燃烧温度较高，使得燃烧产物中的氮氧化物(NO，)的排放浓度增加。(4)烯烃1.烯烃是分子结构中含有碳碳双键的烃。烯烃为不饱和烃，2.分子式具有多种不同的通式，如CnH2n、CnH2n-2等：例：戊烯-1的分子式：C5H10结构式：C=C-C-C-C3.根据双键的位置、数量等结构特点分单烯烃(一般简称为烯烃)、二烯烃环烯烃等。烯烃状态在常温常压下，1.少于5个碳原子的烯烃呈气体状态，5个碳原子以上的烯烃呈液体状态，碳原子个数多的烯烃呈固体状态。2.烯烃的密度和沸点随分子中碳原子个数的增多而增大，3.密度都小于1g／cm3。烯烃的特性1.烯烃的双键不稳定，很容易进行加成、氧化和聚合等反应。使油品在贮存或使用过程中发生变质2.烯烃的辛烷值高，凝点低，利用它来改善汽油的抗爆性和柴油的低温流动性3.烯烃对汽车排放有不利影响，烯烃等有机挥发物是生成臭氧和毒性物质的重要来源。4.在汽车燃料中应严格控制烯烃的含量。石油中各烃类对石油产品性质的影响表0-44．石油的非烃类组成石油中的非烃类化合物主要包括：含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物、胶质和沥青质、矿物质等。它们大部分集中在重质组分特别是渣油中它们影响对石油的加工、石油产品的使用性能，是石油加工中多数精制过程的去除对象。5．石油的馏分组成馏分：石油在分馏过程得到的蒸馏物。1)把石油按沸点高低切割成几个馏分。了解馏分中各类化合物的含量和分布规律，以便了解各馏分所对应的石油产品的性能，为石油产品在生产实际中的使用提供指导。2)按分馏过程，石油的馏分组成分为：汽油馏分、煤油馏分，柴油馏分和润滑油馏分等.3)各馏分不等同于汽油、煤油、柴油和润滑油等石油产品，要得到各馏分所对应的石油产品，必须对相应的馏分进行再加工。(1)汽油馏分汽油馏分：在分馏塔上部得到的轻质馏分蒸发温度一般在35—200℃范围。汽油馏分中含的正构烷烃碳原子数多为5～11，异构烷烃碳原子数稍多，环烷烃和芳香烃多为单环，其中烷烃的质量分数最大,约占50％。(2)煤油馏分与柴油馏分煤油馏分与柴油馏分为在分馏塔中部得到得中质馏分，蒸发温度一般在200-350℃范围。馏分中含的正构烷烃碳原子数多为11～20，异构烷烃碳原子数稍多，环烷烃和芳香烃环数增多，除单环外，还有双环和三环的。烷烃的质量分数比较大，约占40％。(3)润滑油馏分润滑油馏分：在分馏塔下部的重质馏分，蒸发温度一般在350一500℃范围。馏分中含的正构烷烃碳原子数多为20～36，异构烷烃碳原子数稍多，环烷烃和芳香烃环数多为三环以上。环烷烃的质量分数较大．约占40％。6．石油的分类(1)按原油的密度分类轻质原油：密度小于0.878g／cm3；中质原油：密度介于0.878-0.884g／cm3之间重质原油：密度大于0.884g／cm3。6．石油的分类(2)按硫含量分类低硫原油：硫的质量分数低于0.5％含硫原油：硫的质量分数介于0.5％-2.0％之间；高硫原油：硫的质量分数大干2.0％我国原油多为低硫原油6．石油的分类(3)按蜡含量分类低蜡原油：凝点低于－16℃：含蜡原油：凝点介于－15℃～20℃之间；多蜡原油：凝点大于21℃。凝点的测定是从石油中取出某一馏分，其粘度为53mm2／s(50℃)，然后测其凝点6．石油的分类(4)按胶含量分类低胶原油：胶的质量分数小于17％：含胶原油：胶的质量分数介于18％～35％之间；多胶原油：胶的质量分数大于35％。6．石油的分类(5)按特性因数分类特性因数为式中，K为特性因数；T为原油馏分的平均沸点，以热力学温度(K)表示。原油按特性因数大小分：石蜡基原油中间基原油环烷基原油石蜡基原油特性因数K=12．1～12．9，特点:1.含蜡量较高，疑点较高，密度较小，2.直馏汽油的辛烷值较低，3.直馏柴油的十六烷值较高，4.制得的润滑抽粘温性能较好；中间基原油特性因数K=11．5～12．1，特点:1.含有一定数量的烷烃、环烷烃和芳香烃，2.性质介于石蜡基原抽和环烷基原抽之间；环烷基原油特性因数K=10．5—11．5，特点是：1.含较多的环烷烃，凝点较低，密度较大，2.直馏汽油的辛烷值较高，直馏柴油的十六烷值较低，制得的润滑油粘温性能较差。6．石油的分类(6)按关键馏分特性分类把原油分为七类：1.石蜡基原油、2.石蜡-中间基原油、3.中间-石蜡基原油、4.中间基原油、5.中间-环烷基原油、6.环烷-中间基原油7.环烷基原抽。6．石油的分类分类方法：用特定仪器，把石油在常压和减压下蒸馏出两个馏分：1.在常压下馏程为250—275℃的馏分为第一关键馏分；2.将剩残油在5．33kPa的压力下，进行减压蒸馏得275—300℃的馏分为第二关键馏分。3.测定两个关键馏分的密度，对照表0—6所示馏分的密度或特性因数K值确定两个关键馏分属于哪一个基，4.再按表0—7所示确定该原油的类别关键馏分的分类指标表0-6关键馏分的特性分类表0-77．石油的炼制方法常用的石油炼制方法有：常压蒸馏、减压蒸馏、热裂化、催化裂化、加氢裂化、催化重整、烷基化、延迟焦化等。主要石油炼制（炼油）工艺把原油或石油馏分加工（或精制）成目的产品的现代石油炼制工艺大体可分为三大类：1.原油（常减压）蒸馏。通过常压和减压蒸馏，把原油中固有的各种不同沸点范围的组分分离成各种馏分。炼油厂以原油蒸馏的处理能力作为加工规模（如500万吨/年）。2.二次加工。从原油中